Startseite » Sensorik »

Geeignete Sensorik für jede Anwendung

Magnetische & optische Messsysteme im Vergleich
Geeignete Sensorik für jede Anwendung

Anzeige
Die präzise Längenmessung gehört zu den Grundvoraussetzungen industrieller Produktion. Die Anforderungen an die Messsysteme sind dabei so unterschiedlich wie die Anwendungsbereiche, in denen sie zum Einsatz kommen. In den letzten Jahren hat sich in der Längenmesstechnik aufgrund diverser Anforderungen ein breites Produktspektrum entwickelt. Doch die Auswahl eines maßgeschneiderten Systems lässt sich durch die frühe Klärung bestimmter Eckdaten deutlich vereinfachen.

Die Autorin: Michaela Wassenberg, freie Redakteurin, für Siko in Buchenbach

Während es in der Lagerlogistik vorkommen kann, dass Messstrecken von bis zu 100 m bei frostigen Bedingungen erfasst werden müssen, liegt die größte Herausforderung im Maschinenbau in der Genauigkeit. Häufig erschwert die Verschmutzung durch Umgebungsmedien den Messprozess zusätzlich: In der Holzbearbeitung müssen Sensoren trotz hoher Staubbelastung zuverlässig funktionieren. Bei Nassbearbeitungen in CNC-gesteuerten Fräsmaschinen sind die Sensoren dauerhaft Kühlschmierstoffen ausgesetzt. Die Funktion der Messsysteme und die Zuverlässigkeit der Messergebnisse dürfen jedoch nicht unter Verschmutzungen oder umherfliegenden Spänen leiden.
Überlegungen bei der Auswahl des Verfahrens
Zunächst gilt es zu beachten: Je genauer die Messung sein muss, desto interessanter werden optische Messverfahren. Hinsichtlich der Einsatzumgebung lässt sich folgende Grundregel aufstellen: Je stärker die Verschmutzung der Einsatzumgebung durch Stäube und Flüssigkeiten ist, desto deutlicher kommen die Vorzüge magnetischer Lösungen zum Tragen. Dabei ist die erforderliche Genauigkeit der Messung das Schlüsselkriterium bei der Suche nach passenden Sensoren: Ist es die Vorgabe des Kunden, einen Bereich zu vermessen, der mit einer Genauigkeit von ± 5 µm toleriert ist, so kommt ein optisches System zum Einsatz. Im magnetischen Bereich kann ein Genauigkeitsbereich von ca ± 10 µm abgebildet werden. Noch vor wenigen Jahren waren Werte kleiner als ± 25 µm für magnetische Systeme unerreichbar. Damit mussten hochpräzise Anwendungen zwangsläufig mittels optischer Messverfahren realisiert werden. Durch eine geringere Polteilung der Messstreifen, die durch moderne Produktionsverfahren erreicht werden, lässt sich die Systemgenauigkeit magnetischer Messverfahren erheblich steigern. Auch bei der Wiederholgenauigkeit und den Achsgeschwindigkeiten ist die Entwicklung vorangeschritten. So hat sich die Produktlinie für magnetische Längen- und Winkelmessung MagLine von Siko in den letzten Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. Mit den MagLine-Micro lassen sich die höchsten System- und Wiederholgenauigkeiten erreichen. Der digitale Magnetsensor MSK1000 beispielsweise kann Auflösungen von bis zu 0,2 µm realisieren und verfügt dabei über eine Wiederholgenauigkeit von ±1 µm.
Optische Messsysteme
Die optischen Systeme der Siko-Produktlinie OptoLine werten mittels einer laserbasierten Technik die Informationen auf einem optischen Maßband aus. Die gezählten Messschritte werden als digitale Zählimpulse (A, B, R) an die Nachfolgeelektronik weitergegeben. Das Messprinzip macht sich den Talbot-Effekt zunutze: Die Helligkeitsverteilung ist gitterförmig in definierten Abständen angeordnet. Hinter dem Sensorkopf wird ebenfalls eine Gitterstruktur aufgebracht. Dieses Gitter wird nun von monochromen Wellen bestrahlt, sodass man hinter dem Gitter eine breitere Lichtverteilung erhält. Die Technik erlaubt einen vergleichsweise großen Abstand zwischen Sensor und optischem Maßstab. Der Sensorkopf kann bei dieser Technologie sehr klein ausgeführt werden. Applikationen, bei denen das Baumaß eine kritische Größe darstellt, sind für das Verfahren prädestiniert.
Die Genauigkeit des optischen Sensors LSC20 von Siko liegt im Bereich von ± 5 µm. Gegenüber dem magnetischen System mit seiner Genauigkeit von ± 10 µm bedeutet dies eine Steigerung der Genauigkeit um Faktor 2. Dazu kommt die höhere Auflösung von 0,05 µm anstatt der aktuellen 0,2 µm im Bereich der magnetischen Systeme. Ein weiterer Vorteil der optischen Systeme liegt in der Unempfindlichkeit gegenüber magnetischen Einflüssen. Beim Einsatz von Linearmotoren beispielsweise kann eine elektromagnetische Beeinträchtigung auftreten, die den Magnetsensor schädigen kann. Der magnetische Fremdeinfluss der Linearmotoren ist jedoch nur dann kritisch, wenn Sensorkopf und Magnetband zu nah am Motor angebracht sind. Hält der Anwender einen definierten Sicherheitsabstand zwischen Sensor und Motor ein oder schirmt diesen ab, werden Störeinflüsse vermieden. Je weiter der Motor vom Sensor entfernt ist, desto weniger Einfluss nimmt er auf die Sensorik. Der Vorteil der optischen Sensoren kommt folglich besonders dann zum Tragen, wenn enge Platzverhältnisse vorliegen oder sehr hohe magnetische Störeinflüsse vorhanden sind.
Magnetische Messsysteme
Bei den magnetischen Messsystemen verfährt der Sensor berührungslos über ein flexibles Magnetband. Das eigentliche Magnetband ist auf eine 0,3 mm starke Stahlträgerschicht aufgebracht. Die Magnetisierung erfolgt dabei mit definierten Polteilungen. Über das Abtasten der Magnetpole wird ein Signal erzeugt, dass in digitale Rechtecksignale umgewandelt wird, die von einer Nachfolgeelektronik verarbeitet werden können. Die Sensorik erkennt die Teilung des Bands und wandelt die Information hochauflösend in eine Weginformation um. Zum Auslesen der magnetischen Feldlinien ist kein direkter Kontakt erforderlich. Der Magnetsensor MSK5000 erlaubt beispielsweise einen Abstand zur Messfläche von bis zu 2 mm.
Der Anwender kann das Band als Rollenware selbst konfektionieren. Inkrementale Kodierungen ergeben robuste und kostengünstige Allroundlösungen. Ist der Kunde jedoch bereit in etwas kostenintensivere Systeme zu investieren, so besteht die Möglichkeit auch Systeme mit absoluter Messinformation einzusetzen: Die Absolutkodierungen der Magnetbänder steigern die Messsicherheit, da sie ausgestattet mit den passenden Absolutsensoren – wie etwa dem MSA111C – eine Positionserfassung auch im stromlosen Zustand erlauben. Nach Stromunterbrechungen, etwa nach Abschalten des Systems und erneutem Einschalten, wird auch bei zwischenzeitlich veränderter Sensorposition der tatsächliche Positionswert erfasst und umgesetzt. Je nach Ausführung der Maschine kann dieser Tatsache erhebliche Sicherheitsrelevanz zukommen. Während die längsten optischen Systeme 30 m lang sind, werden die magnetischen Systeme bis 100 m angeboten. In der Regel kommt es bei solchen Anwendungen – etwa in der Lagerlogistik – nicht auf extreme Genauigkeit an. Viel wichtiger ist dann die mechanische Belastbarkeit und Unempfindlichkeit gegenüber Umgebungseinflüssen. Je länger die Gesamtlänge der zu messenden Einheit ist, desto stärker wirkt sich der Preisvorteil der magnetischen Lösung aus. Der Temperaturbereich liegt im Bereich der magnetischen Sensoren bei -10 bis +70 °C. Für Spezialanwendungen, beispielsweise im Bereich der mobilen Automation, sind auch Systeme von -40 bis +85 °C im Einsatz. Die Unempfindlichkeit gegenüber Schock und Vibration ist ebenfalls ein wesentlicher Vorteil der magnetischen Systeme.
Besonderheiten rotativer Systeme
Besondere Anforderungen stellt die Wegmessung kreisförmiger Bewegungen. Trotz der Tatsache, dass Drehen und Schwenken zu den Standardanwendungen im Maschinenbau gehören, stellen sie für die Hersteller von Messsystemen eine nicht zu unterschätzende Herausforderung dar. Die magnetisch kodierten Messbänder werden bei Siko als flexible Magnetringe ohne Flansch oder verklebt mit einem metallischen Ring (Flansch) angeboten. Beim Aufkleben auf den Ring würden unweigerlich Stoßstellen entstehen, die Messwertungenauigkeiten hervorrufen. Um diese zu vermeiden, wurde bei Siko eine eigene Ringfertigung etabliert, bei der das Magnetband erst aufgebracht und anschließend kodiert wird. Auf diese Weise wird eine Systemgenauigkeit von ±0,05° erzielt. Neben dem Portfolio eigener Ringe in verschiedenen Größen bietet Siko auch kundenspezifische Anpassungen. Die Siko-Bänder können ab einem gewissen Flanschdurchmesser durch den Kunden aufgebracht werden, um Winkelmessungen unter 360° zu ermöglichen. Für magnetische Sensoren existieren fertig verarbeitete Messringe, die Messungen von größer 360° ermöglichen. Bei den optischen Sensoren bietet Siko Messbänder, die auf den Flansch aufgeklebt werden.

Kontakt

info

Siko GmbH
Buchenbach
Tel. + 49 7661 394-0
www.siko.de
Anzeige
Festo: Digitalisierung

Smartenance

Die Digitalstrategie von Festo im Überblick

Video

So war das mit den Messen vor dem Auftauchen des Coronavirus: Blicken Sie mit uns zurück auf die SPS in Nürnberg...

Aktuelle Ausgabe
Titelbild elektro AUTOMATION 11
Ausgabe
11.2020
LESEN
ABO
Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Automation Award

Automation Award
Die Abstimmung für die nominierten Produkte läuft. Hier können Sie sich die Produkte ansehen und abstimmen!

Videos

Hier finden Sie alle aktuellen Videos

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice
Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de